[发明专利]一种4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型及其构建方法和应用

说明书

本发明提供一种4H‑SiC材料8°偏角三维原子结构模型及其构建方法和应用。所述模型为4H‑SiC六方晶胞的周期性重复结构，晶胞参数为：α＝90°，β＝90°，γ＝120°，所述晶胞由中心为硅原子的四面体构成，碳硅键长为所述模型上表面沿(0001)面向偏8°；所述模型以计算机辅助构建而成，方法步骤简单易行，其制作完全按照实际生产过程中对碳化硅表面的处理方法；本发明的4H‑SiC材料8°偏角三维原子结构模型可应用于碳化硅氧化原理、碳化硅欧姆接触、碳化硅外延等碳化硅材料与其他材料界面研究中，较通常使用的无偏角原子模型更接近于实际应用，研究结果与实际情况更接近，更具有参考价值。

技术领域

本发明涉及一种SiC材料的三维原子结构模型，具体涉及一种4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型及其构建方法和应用。

背景技术

碳化硅由于其临界场强高、禁带宽度大等特点，成为在大功率、高温、高压等应用领域广受欢迎的半导体材料。与同类硅器件相比，碳化硅器件的其比导通电阻小两个数量级，工作频率10倍于硅，辐射耐受量10倍于硅，单个器件可承受的电压可达硅器件的10倍，芯片功率密度可达硅器件的10倍到30倍，与硅模块比，碳化硅模块的体积重量可减少80％，系统损耗可降低30％到70％。人们期待着碳化硅的功率器件具有更高的物理和电学性能，更适合于大功率应用。

大部分SiC功率器件工作区的制备均是基于高质量的SiC外延片。SiC外延层生长时会形成不同的表面缺陷，较严重的是在4H-SiC外延生长过程中形成3C-SiC三角形包褒体，如果沿(0001)基面(±≤0.5°)或偏轴小于2°的4H-SiC晶片上外延生长，原子层间存在的平台会在平台中央成核而不是在SiC台阶边缘成核，而CVD外延生长温度相对较低，存在立方和六方多晶成核可能性。使用所谓的“台阶控制外延”方法可以改善外延生长的4H-SiC层质量，即采用从单晶上切割下来的沿(0001)面向面偏3°～8°的SiC晶片作为衬底材料。偏轴切割不仅在衬底表面形成大量的原子台阶，而且也会形成短小平台，偏轴越大，平台长度越小，材料在生长过程中更容易从气相达到表面台阶的合适位置，从而对衬底的多型进行再次生长而不形成另外的多型小岛。这种生长方法很好控制了衬底生长层的再次生长，减小了外延过程中缺陷的密度，得到的外延材料具有更高的结晶稳定性。通常制备碳化硅器件所用的碳化硅外延材料均是采用沿(0001)面向面偏8°的4H-SiC衬底材料外延生成的。

研究者们采用第一性原理分析碳化硅与介质层接触面的接触原理时发现，由于没有4H-SiC材料的8°偏角原子模型，一般采用无偏角的4H-SiC材料原子模型进行建模及仿真，这样得到的仿真模型与实际情况有偏差，仿真结果仅可作为理想情况下的参考。同样的在研究碳化硅外延生长过程时均采用无阶梯碳化硅表面，而实际上碳化硅衬底材料表面布满了台阶，外延生长过程中，吸附的原子或分子迁移到台阶处，在台阶处成核，延续了衬底的晶型。这是理论研究与实际情况的差异的另一缘由。另外，在外延生长过程中，台阶聚集会影响表面粗糙度增加，可以应用4H-SiC材料8°偏角双台阶三维原子结构模型进行控制台阶聚集的研究。因此需要构建4H-SiC材料的8°偏角单台阶及双台阶三维原子结构模型以满足现有技术的需要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型及其构建方法和在碳化硅氧化原理、碳化硅欧姆接触、碳化硅外延等碳化硅材料与其他材料界面研究中的应用，该模型更接近于实际应用，且建模方法简单，易于应用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型，所述模型为4H-SiC六方晶胞的周期性重复结构，晶胞参数为：α＝90°，β＝90°，γ＝120°，所述晶胞由中心为硅原子的四面体构成，碳硅键长为所述模型上表面沿(0001)面向偏8°。

所述的4H-SiC材料8°偏角三维原子结构模型的第一优选方案，所述模型为单台阶或双台阶。